Физика. Электричество и магнетизм. Барсуков В.И - 76 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

2.3. ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА
Опыт показывает, что при прохождении тока по проводникам в последних происходит превраще-
ние энергии электрического поля во внутреннюю энергию проводников, т.е. они нагреваются.
Ленц Э.Х. и Джоуль Д.П. экспериментально установили для стационарного тока зависимость между
выделенным количеством тепла в проводнике и током, протекающим по нему, в виде
RtIQ
2
=
. (2.3.1)
Если ток с течением времени изменяется, то можно применить выражение
RdtidQ
2
=
, (2.3.2)
где
(
)
tfi
=
.
Покажем, что нагревание происходит за счёт работы электрического поля. При постоянном токе в
проводнике
UqIRItRtIQ
===
2
, но
AUq
=
– работа поля по перемещению заряда. Получили, что
AQ
=
.
Выражение (2.3.1) есть
интегральная форма
записи закона Джоуля–Ленца. Её можно преобразовать
в дифференциальную форму для количества тепла
dQ
, выделенного в элементарном объёме проводника
dV
за время
dt
:
( )
dVdt
jdt
dS
dl
jdSRdtidQ
2
2
2
ρ=ρ==
. (2.3.3)
Если определить количество теплоты, выделяющееся в единице объёма проводника за единицу
времени, то эта величина будет называться
плотностью тепловой мощности
или
удельной тепловой
мощностью тока
dVdt
dQ
=ω
.
Тогда получаем
(
)
222
EEj
σ=σρ=ρ=ω
. (2.3.4)
Выражение (2.3.4) и есть закон Джоуля–Ленца в
дифференциальной форме
.
2.4. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИСТОЧНИКА ТОКА И
ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ
Как отмечалось выше, для направленного движения зарядов в проводнике необходимо электриче-
ское поле, создающее разность потенциалов между точками поля. Создать разность потенциалов значит
разделить заряды на положительные и отрицательные. При этом разделение не может быть осуществ-
лено электростатическими силами, ибо они стремятся соединить разноименные заряды.
Разделение может быть осуществлено только силами не электрического происхождения – так назы-
ваемыми сторонними силами.
Природа сторонних сил определяется химическими процессами, диффузией носителей зарядов,
контактными явлениями, вихревыми электрическими полями и др.
Устройства, в которых действуют сторонние силы, называются источниками тока или напряжения.
При этом сторонние силы, действующие только в источнике тока, могут действовать на всём пути сле-
дования зарядов (в генераторе силы магнитного поля – сила Лоренца – действуют на заряды по всей
длине проводника) или на отдельных участках (в гальванических элементах – тончайший слой около
электродов). Поэтому источники тока называются с распределёнными или сосредоточенными сторон-
ними силами.
Так как сторонние силы действуют только в источнике тока, а электрические – и в источнике, и во
внешней части цепи, то участок цепи, где действуют только электрические силы, называется однород-
ным, а участок цепи, где действуют и сторонние, и электрические силы, называется неоднородным.
Неоднородный участок – это участок, на котором имеются источники тока (рис. 2.4).

Страницы